本發明涉及智能存儲柜領域，尤其涉及回轉式智能書柜及其控制和其應用的減小電動機回轉轉矩的方法。

背景技術：

在我們日常所接觸智能書籍或文件自動存儲柜，基本都采用固定書柜類似快遞柜的方式，存儲書籍數量少、占地空間大；而現有回轉式書柜存儲書籍數量少、定位精度低、不能對每本書籍進行智能識別，使之投放時必須按書格編號對應放入，耗時耗力，容易出錯。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構合理、緊湊且存放圖書量大，回轉定位精度高、方便存取的回轉式智能書柜。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種回轉式智能書柜，包括外殼，所述外殼上設有圖書存取窗口；所述外殼內轉動安裝有回轉體，所述回轉體包括驅動軸，所述驅動軸上沿其軸向并列的設有數個回轉盤，所述回轉盤上設有數個書格板，所述書格板將所述回轉盤上側的空間分割成數個容納圖書的書格；所述驅動軸通過減速裝置與伺服電機連接；還包括電磁穩定裝置，所述電磁穩定裝置包括位于最下端的所述回轉盤下側的磁力可控的電磁鐵，至少最下端的所述回轉盤由磁性材料制成；根據所述伺服電機的負載變化實時調整所述電磁鐵的電流大小以控制其磁力大小，實現通過所述電磁鐵與所述回轉盤之間的電磁吸力抵消所述回轉體減速過程中的轉動慣量；還包括rfid智能回轉識別單元，所述rfid智能回轉識別單元包括相互配套使用的控制系統、rfid讀寫器及貼在書籍上的rfid標簽，所述rfid讀寫器設置在所述回轉盤外側；所述控制系統記錄并存儲擺放書籍時rfid標簽所對應的書格并將rfid標簽和所述書格的對應關系作為判斷還書時書籍放置位置是否正確的依據。

作為優選的技術方案，所述驅動軸和所述減速裝置之間設有輔助定位裝置，所述輔助定位裝置包括位于所述減速裝置上側的固定板，所述固定板上設有供所述驅動軸穿過的t形安裝孔，所述安裝孔內設有止推軸承，所述止推軸承上支撐有驅動軸襯套，所述驅動軸襯套固定在所述驅動軸上；所述驅動軸襯套的外側設有定位支撐襯套。

作為優選的技術方案，所述定位支撐襯套采用銅或加石墨的無油襯套。

作為優選的技術方案，所述書格板由金屬材料制成，每層所述書格對應一個所述rfid讀寫器。

作為優選的技術方案，所述驅動軸上設有與其一同回轉的原點感應片，所述回轉體外側設有與所述原點感應片相配合的原點感應器；所述原點感應器與所述控制系統電連接。

作為優選的技術方案，所述電磁鐵臨近所述回轉盤的外緣設置。

作為優選的技術方案，所述減速裝置為直交減速機，所述直交減速機的水平傳動軸與所述伺服電機通過鍵連接；所述水平傳動軸為蝸桿，還包括與所述驅動軸鍵連接的豎直傳動軸，所述豎直傳動軸上設有與所述蝸桿嚙合的渦輪。

一種回轉式智能書柜，驅動軸與減速裝置以及減速裝置與伺服電機均直接通過鍵連接，省去中間聯接機構，聯接方式更簡單，誤差更小；rfid智能回轉識別單元與伺服電機配合，書籍文件的投放、取出、歸還均可進行智能識別，操作簡單，大大縮短書籍投放時間，存取操作精度高；伺服電機通過減速裝置與驅動軸連接，節省設備的垂直方向高度，利于布置多層回轉盤，存書量大，占地面積小；電磁穩定裝置保證了伺服電機驅動過程的穩定，減小了負載變化對伺服電機的影響。

本發明所要解決的另一技術問題是提供一種減小電動機回轉轉矩的方法。

一種減小電動機回轉轉矩的方法，電動機減速停止過程中，對回轉體附加磁力大小可實時調整的電磁吸力用來抵消回轉體減速過程中反作用在電動機上的轉矩，使電機整個運行過程中的轉矩降低。

上述方法可以使電動機穩定運轉，減小電動機轉矩，運轉功率小，效果明顯。

本發明所要解決的另一技術問題是提供一種應用于回轉式智能書柜的控制方法。

應用于回轉式智能書柜的控制方法，包括控制系統、rfid讀寫器、rfid標簽、存放書籍的回轉體和驅動回轉體轉動的伺服電機；

擺放書籍時，先將貼有rfid標簽的書籍放入回轉體，伺服電機驅動回轉體轉動并帶動書籍一同轉動，書籍經過rfid讀寫器時會被識別出來，控制系統記錄書籍所對應的書格，且控制系統還將rfid標簽及書格一一對應關系作為判斷還書時書籍是否正確放置的依據；

還書時，書籍放入回轉體后，回轉體在伺服電機的帶動下回轉并帶動書籍一同轉動；當書籍到達rfid讀寫器位置時，書籍上的rfid標簽被讀取，控制系統將此時rfid標簽以及書格同上次存放時rfid標簽與書格的對應關系作對比，確認是否放置錯誤；

取書時，輸入待取書籍的rfid標簽所包含的信息，控制系統根據rfid標簽與書格的對應關系將書籍展現在存取窗口處。

作為優選的技術方案，所述回轉體啟停位置固定，所述回轉體上下并列地設有多層書格，所述書格的位置由伺服電機啟動至rfid標簽被識過程中伺服電機轉動的角度以及該層相應的rfid讀寫器信息共同限定；所述控制系統通過書格的位置將書格與rfid標簽一一對應。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例的外觀結構示意圖；

圖2是本發明實施例的內部結構示意圖；

圖3是本發明實施例中回轉體的結構示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5是圖4中a區域的放大視圖；

圖6是本發明實施例中回轉體的下端放大視圖；

圖7是本發明實施例中回轉體的上端放大視圖；

圖8是本發明實施例中驅動軸與伺服電機的連接結構示意圖；

圖9是圖8的俯視圖；

圖10是伺服電機的受力分析圖。

圖中：1-外殼；2-回轉體；201-回轉盤；202-書格板；203-驅動軸；204-法蘭；301-安裝支架；302-rfid讀寫器；401-伺服電機；402-減速裝置；403-水平傳動軸；404-豎直傳動軸；405-渦輪；501-電磁鐵；502-支架；601-固定板；602-止推軸承；603-定位支撐襯套；604-驅動軸襯套；701-原點感應片；702-原點感應器。

具體實施方式

如圖1所示，一種回轉式智能書柜，包括外殼1，所述外殼1上設有圖書存取窗口102。回轉體2轉動安裝在外殼1內，回轉體2上設置有多層書格，相應的，外殼1上對應每層書格設置圖書存取窗口102。外殼1上還設置有檢修門101，檢修門101用于裝配回轉體2及檢修設備，檢修門101與圖書存取窗口102位于外殼1不同的側面上，外觀整潔，結構合理。如圖2、圖3、圖4和圖5所示，所述回轉體2包括驅動軸203，所述驅動軸203上沿其軸向并列的設有數個回轉盤201，回轉盤201通過法蘭204固定在驅動軸203上，由驅動軸203帶動一起回轉。優選的，所述回轉盤201采用鈑金或工程塑料成型制作，成本低。所述回轉盤201上設有數個書格板202，所述書格板202將所述回轉盤201上側的空間分割成數個容納圖書的書格。根據存放圖書的特點，書格的大小不同以適應不同尺寸圖書的存放需要設定，存儲圖書量大，占地面積小。所述驅動軸203的下端通過減速裝置402與伺服電機401連接。

如圖8和圖9所示，所述減速裝置402為直交減速機，所述直交減速機的水平傳動軸403與所述伺服電機401通過鍵連接；所述水平傳動軸403為蝸桿，還包括與所述驅動軸203鍵連接的豎直傳動軸404，所述豎直傳動軸404上設有與所述蝸桿嚙合的渦輪405。伺服電機401驅動減速裝置402帶動直連的驅動軸203做回轉運動。驅動軸203的直連方式最大限度的降低驅動誤差；由于采用伺服電機401和減速裝置402，減速裝置402可以節省垂直方向安裝高度，利于多層書柜布局。

回轉體2的重量直接作用在減速裝置402上會導致減速裝置402的壽命降低。因此，為了將減速裝置402的負載力分解，結構穩定，所述驅動軸203和所述減速裝置402之間設有輔助定位裝置。如圖8所示，所述輔助定位裝置包括位于所述減速裝置402上側的固定板601，所述固定板601上設有供所述驅動軸203穿過的t形安裝孔，所述安裝孔內設有止推軸承602，所述止推軸承602上支撐有驅動軸襯套604，所述驅動軸襯套604固定在所述驅動軸203上隨驅動軸203一同回轉。所述驅動軸襯套604的外側設有定位支撐襯套603。優選的，所述定位支撐襯套603采用銅或加石墨的無油襯套。止推軸承602承受回轉體施加在減速裝置402上的垂直方向的負載，另外用定位支撐襯套603限制驅動軸203的位置，對減速裝置402本身軸承進行保護，以防異常負載損壞減速裝置402。輔助定位裝置承受回轉體2的重量，不會將回轉體2的重量作用在減速裝置402上，驅動平穩高效，定位精準。

進一步的，所述外殼1內設有主支架104，所述主支架104的上端設有驅動軸上安裝板105，所述驅動軸203的上端轉動安裝在所述驅動軸上安裝板105上。在驅動軸203上端采用帶座軸承安裝在驅動軸上安裝板105上，驅動軸上安裝板105的安裝軸心與減速裝置402共同對回轉體2支撐、定位。驅動軸203中心與減速裝置402的豎直傳動軸404的軸心以及帶座軸承的中心重合，避免組裝時軸心不同心或異常偏置負載引起的扭曲力對減速裝置402造成影響。

回轉體2回轉過程中能否將對于圖書展示在圖書存取窗口102直接影響著設備能否方便使用，為了提高回轉體2的定位精度，所述驅動軸203上設有原點感應片701，所述回轉體2外側設有與所述原點感應片701相配合的原點感應器702。所述原點感應器702與所述控制面板103電連接，將回轉體2是否準確復位反饋至控制面板103，實現每次回轉體2回轉的精確控制，并且在每一圈都可清除回轉誤差，避免長時間回轉后由于直交減速裝置402本身誤差而造成定位誤差過大。

由于回轉體2由伺服電機401驅動回轉，伺服電機401需要克服的主要力矩負載來源于回轉體2的回轉慣量，回轉體2質量越大、轉速越高、半徑越大則伺服電機401需要克服的回轉慣量越大。回轉體2上存放的圖書不同、圖書的數量不同都會導致回轉體2施加在伺服電機401上的回轉慣量不同，因而伺服電機401所承受的負載也不同。回轉體2整個回轉過程中，隨著回轉體2速度的不同，伺服電機401的負載也隨時在變化。因此，需要一種減小電動機回轉轉矩的方法來解決上述問題。具體的，電動機減速停止過程中，對回轉體附加磁力大小可實時調整的電磁吸力用來抵消回轉體減速過程中反作用在電動機上的轉矩，使電機整個運行過程中的轉矩降低。

回轉式智能書柜的伺服電機整個運轉過程中的轉矩分析如圖10所示，從圖中可知，伺服電機啟動和停止的過程中其轉矩是不斷變化的。為了優化伺服電機啟動和停止過程中的轉矩，預設定總負載慣量為jl，伺服電機轉子慣量為j0(固定)，設備恒速運行時間為nm，加速轉矩為ta,減速轉矩為td，加速時間為t1，減速時間為t3,定位周期時間為tf，其中定位周期時間tf＝加速時間t1+恒速運行時間nm+減速時間t3。其中，

伺服電機加速階段的轉矩計算公式：

伺服電機減速階段的轉矩計算公式：

在總負載慣量jl，伺服電機轉子慣量j0(固定)，恒速運行時間nm三個條件tf不變的條件下，加減速時間與加減速轉矩成反比關系。增加加速時間t1，可以直接降低加速所需轉矩，使之實際啟動轉矩減小。此時減速時間t3被縮短，則所需減速轉矩增加，為保證伺服電機可以快速停止且不會過載，根據伺服電機負載變化，通過外部施加電磁力對伺服電機負載情況進行調節，電磁鐵501與回轉盤201之間的電磁吸力抵消了伺服電機401所承受的轉動慣量，減小了伺服電機將回轉體由從高速運動到停止所需要克服的轉矩。

如圖3所示，為了使得伺服電機401運行平穩，應用上述方法在最下端的所述回轉盤201的下側設置磁力可控的電磁鐵501，電磁鐵501通過支架502固定在外殼1的底板上。至少位于最下端的所述回轉盤201采用磁性材料，特別是鐵系金屬材質，電磁鐵501通電產生磁力與回轉盤201產生吸合力。根據所述伺服電機401的負載變化實時調整所述電磁鐵501的電流的大小進而實現通過電磁鐵501與回轉盤201之間的電磁吸力抵消或降低所述伺服電機401在減速時的轉矩。由于回轉體2減速過程中其速度隨時變化，因而實時的對電磁鐵501的電流進行調整可以更精確的將回轉體2的轉動慣量抵消；實時調整電磁鐵501的電流值來調整電磁鐵501的磁力大小不僅可以抵消伺服電機401的過量負載同時也能將由于負載的變化而施加在伺服電機401上的不穩定因素克服，維持伺服電機401轉動的穩定、減小伺服電機401的驅動功率。電磁鐵501作用在回轉盤201上的位置越接近回轉盤201外側，電磁鐵501給予回轉盤201的作用力的力臂越長，需要的電磁吸力越小。因此，所述電磁鐵501臨近所述回轉盤201的外緣設置，電磁鐵501可以用更小的控制力消除衰減回轉體2的轉動慣量，節省能耗。

還包括rfid智能回轉識別單元，所述rfid智能回轉識別單元包括相互配套使用的控制系統、rfid讀寫器302及貼在書籍上的rfid標簽，所述rfid讀寫器302設置在所述回轉盤201外側；所述控制系統記錄并存儲擺放書籍時rfid標簽所對應的書格的位置并判斷還書時書籍放置位置是否正確。回轉體2外側設置有安裝支架301，rfid讀寫器302安裝在安裝支架301上。所述書格板202由金屬材料制成，屏蔽相鄰書格書籍rfid的干擾；這樣每個書格只會被讀取一個rfid的信息，因此，每層所述書格對應一個所述rfid讀寫器301，回轉讀取，減少了rfid讀寫器301數量。

應用于回轉式智能書柜的控制方法，包括：

擺放書籍時，工作人員先將貼有rfid標簽的書籍依次放入回轉體2，rfid標簽包含書籍的唯一識別碼。伺服電機401驅動回轉體2轉動并帶動書籍一同轉動，書籍經過rfid讀寫器時會被識別出來。由于每次回轉體2的轉動的啟停位置固定，自回轉體的起始位置到書格的rfid標簽被識別期間伺服電機轉動的角度信息被控制系統記錄。當回轉體2上設置有一層書格時，書格的位置信息由伺服電機401轉動的角度即可作為書格位置的標識；當回轉體2上設置有多層書格時，由于書格不僅有沿回轉體2周向上的位置，同時也有沿垂直方向上的位置信息，此時需要將伺服電機401的回轉角度和垂直方向上布置的rfid讀寫器301的信息共同作為書格位置信息的標識。書籍擺放的過程中，控制系統將rfid標簽及書格一一對應并存儲每個書格的位置；控制系統還將rfid標簽及書格的位置信息一一對應的關系作為判斷還書時書籍是否正確放置的依據，避免誤放。

還書時，書籍放入回轉體2后，回轉體2在伺服電機401的帶動下回轉并帶動書一同轉動；當書籍到達rfid讀寫器301位置時，書籍上的rfid標簽被讀取，控制系統將此時書格的位置信息與rfid標簽內容作對比，確認是否放置錯誤；

取書時，輸入待取書籍的rfid標簽所包含的信息，控制系統根據rfid標簽信息將與書籍對應的書格旋轉至存取窗口，書籍展從存取窗口取出。

包含控制系統的控制面板103固定在外殼1上，所述圖書存取窗口102臨近所述控制面板103設，方便操作、方便存取圖書。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。